[发明专利]拣选CT切片图像的方法和构建CT三维图像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及CT(Computerized tomography，计算机断层扫描)领域，具体地涉及拣选CT切片图像的方法和使用所述拣选CT切片图像的方法来构建CT三维图像的方法。

背景技术

在自由呼吸CT扫描期间，患者的呼吸运动可能会导致胸腔和上腹部的3D图像中肿瘤的目标轮廓的显著失真。为了消除或者减少患者的呼吸运动引起的伪影对胸腹部脏器CT扫描的影响，达到准确诊断和治疗的目的，提出了四维CT(4D CT)的概念。4D CT技术已广泛应用于胸腹部癌症放射疗法的治疗模拟。4D CT可以通过在每个床位(Z方向)处过采样CT切片、然后把全部的图像(切片)拣选到对应不同呼吸状态的多个CT容积中来实现。每个CT系列(容积)是特定呼吸状态的3D图像，每个3D图像是由选自不同床位的层叠切片(每个床位处一个切片)形成的。图1示意性地示出了该拣选机制。

当前研究了两种类型的4D CT方法，一种是基于外部设备的4D CT，另一种是无设备4D CT方法。基于外部设备的方法以利用外部呼吸信号的先进4D CT(A4D CT)为代表，无设备方法以基于患者内部解剖结构的4D CT拣选为代表(无设备4D，即D4D)，其呼吸信号是从患者的内部图像特征提取出来的。

先进的4D CT(A4D)已被广泛用于呼吸运动的移除，其需要诸如RPM(Real-time Position Management，实时位置管理)设备(包括复杂的硬件和软件)的外部设备来监测患者的呼吸运动。A4D CT的一般过程为：在图像采集时利用与CT设备相连接的呼吸监控系统来监测患者的呼吸运动，同步采集CT图像和呼吸信号，在采集的每层CT图像上均“烙上”在呼吸周期中所处的时间信息(即呼吸相位)，然后按呼吸相位分别对所有CT图像进行分组和三维重建，其中各呼吸相位的三维图像构成一个随时间变化的三维图像序列，即4D CT。

现有的A4D CT系统主要采用肺活量计来测量患者的呼吸量，用红外摄像装置来测量患者体表随呼吸起伏的高度差，或者用压力传感器等测量患者呼吸导致的压力差，将这些测量信号转换为呼吸周期信号。采集CT图像的方式大多采用电影模式(即CINE模式)，在每个扫描床位处在某个持续时间期间连续进行CT图像采集，在一个床位完成一次CINE模式扫描之后，CT床行进至下一个扫描床位，重复同样的CINE模式扫描，反复进行，直到覆盖整个需要扫描的范围为止。

近来，一些无设备4D CT(D4D CT)方法被发布，最具代表性的一个是Ruijiang Li的论文“4D CT sorting based on patient internal anatomy(PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY，54(2009)4821-4833)”。Li等人在该文中提议了一种基于D4D CT的拣选方法，通过引用将该论文整体合并于此。Li等人引入了四个内部解剖学特征，即身体面积、肺部面积、空气含量和肺部密度，并且使用又称为空间相关性的量度来选择在每个床位位置的最优内部特征以及基于所选最优内部特征来生成呼吸曲线以进行4D CT拣选。该方法不需要外部呼吸监测设备来同步地记录呼吸运动，在降低成本的同时能够在医疗设备中实现。

有关4D CT的一些现有技术也可以参见美国专利申请US20090225957、US20100202673、US20070286331等。

对于4D CT来说采样率是一个重要参数，更密集的采样意味着在一个呼吸周期上采集更多的CT切片，所以这对于提高4D拣选精确度以及减少两个邻近Z位置(床位)之间的图像失配是很有帮助的。但是，在大多数临床4D CT扫描中，总是由于种种原因使得采样率不能太过密集，例如由于减小对患者的X射线剂量的需要，或者由于总的CT切片数和存储能力的限制，或者由于提高扫描和处理速度的需要。因此，4D CT切片大多是稀疏采样，在3D图像中经常发生沿着Z方向的失配，这导致一定的肿瘤轮廓缺陷或者一定的器官表面断裂，如图2A-2B中的圆圈所标注的那样。